(57)【要約】【課題】  本発明は、被処理基体５０２への真空紫外光の照射を抑制して真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を低減し、高速に高品質処理できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  本発明は、隔壁の一部を平板状マイクロ波透過窓で構成されたプラズマ処理室と、該プラズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、該マイクロ波透過窓を透して該プラズマ処理室へマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平板状マイクロ波導入手段とで構成されるプラズマ処理装置であって、該マイクロ波透過窓と該基体支持手段の間に、該基体表面から貫通孔を通して該マイクロ波透過窓が見えないように、斜めに複数の貫通孔が形成された、真空紫外光を透過しない材料で造られた平板状遮光板を設けることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁の一部を平板状マイクロ波透過窓で構成されたプラズマ処理室と、該プラズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、該マイクロ波透過窓を透して該プラズマ処理室へマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平板状マイクロ波導入手段とで構成されるプラズマ処理装置であって、該マイクロ波透過窓と該基体支持手段の間に、該基体表面から貫通孔を通して該マイクロ波透過窓が見えないように、斜めに複数の貫通孔が形成された、真空紫外光を透過しない材料で造られた平板状遮光板を設けることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記真空紫外光は、１６５ｎｍ以下の波長を有する真空紫外光であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記貫通孔の形状は、直線状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記貫通孔の形状は、エルボ状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記斜め貫通孔付真空紫外光遮光板は、２枚の貫通孔付遮光板を二段構成にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波導入手段は、スロット付無終端環状導波管であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波導入手段は、同軸導入平板状マルチスロットアンテナであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記真空紫外光遮光板の材質は、石英などのシリカ，アルミナ，窒化シリコン，窒化アルミニウム，シリコン，アルミニウム，カーボンのいずれか若しくは複合材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。更に詳しくは、本発明は、プロセス上有害な真空紫外光の基板照射を抑制し、高品質処理が可能なマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波をプラズマ生起用の励起源として使用するプラズマ処理装置としては、ＣＶＤ装置、エッチング装置、アッシング装置、表面改質装置等が知られている。
【０００３】
こうしたいわゆるマイクロ波プラズマ処理装置を使用する被処理基体の処理は次のように行われる。即ち、マイクロ波プラズマ処理装置の処理室内に処理用ガスを導入し、処理室の外部に設けられたマイクロ波供給装置からマイクロ波エネルギーをマイクロ波透過窓を透して処理室に供給してプラズマを発生させ、ガスを励起、解離、反応させ、処理室内に配された基体表面を処理する。
【０００４】
マイクロ波プラズマ処理装置においては、ガスの励起源としてマイクロ波を使用することから、高い周波数をもつ電界により、電子を高頻度で比較的低エネルギーに加速でき、ガス分子を効率的に電離、励起させることができる。それ故、マイクロ波プラズマ処理装置を用いた場合、ガスの電離効率、励起効率及び分解効率が高く、高密度で低電子温度のプラズマを比較的容易に形成し得る、低温で高速に高品質処理できるといった利点を有する。また、マイクロ波が誘電体を透過する性質を有することから、プラズマ処理装置を無電極放電タイプのものとして構成でき、これが故に高清浄なプラズマ処理を行い得るという利点もある。
【０００５】
こうしたマイクロ波プラズマ処理装置の更なる高速化のために、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したプラズマ処理装置も実用化されてきている。ＥＣＲは、磁束密度が８７．５ｍＴの場合、磁力線の周りを電子が回転する電子サイクロトロン周波数が、マイクロ波の一般的な周波数２．４５ＧＨｚと一致し、電子がマイクロ波を共鳴的に吸収して加速され、高密度プラズマが発生する現象である。こうしたＥＣＲプラズマ処理装置においては、マイクロ波導入手段と磁界発生手段との構成について、代表的なものとして次の４つの構成が知られている。
【０００６】
即ち、（ｉ）導波管を介して伝搬されるマイクロ波を被処理基体の対向面から透過窓を介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の発散磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成；（ｉｉ）導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から釣鐘状のプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成；（ｉｉｉ）円筒状スロットアンテナの一種であるリジターノコイルを介してマイクロ波を周辺からプラズマ発生室に導入し、プラズマ発生室の中心軸と同軸の磁界をプラズマ発生室の周辺に設けられた電磁コイルを介して導入する構成（リジターノ方式）；（ｉｖ）導波管を介して伝送されるマイクロ波を被処理基体の対向面から平板状のスロットアンテナを介して円筒状のプラズマ発生室に導入し、アンテナ平面に平行なループ状磁界を平面アンテナの背面に設けられた永久磁石を介して導入する構成（平面スロットアンテナ方式）、である。
【０００７】
マイクロ波プラズマ処理装置の例として、近年、マイクロ波の均一で効率的な導入装置として複数のスロットがＨ面に形成された無終端環状導波管を用いた装置が提案されている（特許第２８８６７５２号公報，特許第２９２５５３５号公報）。このマイクロ波プラズマ処理装置を図５（ａ）に、そのプラズマ発生機構を図５（ｂ）に示す。５０１はプラズマ処理室、５０２は被処理基体、５０３は基体５０２の支持体、５０４は基板温度調整手段、５０５はプラズマ処理室５０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、５０６は排気、５０７はプラズマ処理室５０１を大気側と分離する平板状誘電体窓、５０８はマイクロ波を誘電体窓５０７を透してプラズマ処理室５０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、５１１はマイクロ波を環状導波管へ導入する導入口、５１２は環状導波路、５１３は環状導波管内に生じる定在波、５１４はスロット、５１５は誘電体窓５０７表面を伝搬する表面波、５１６は隣接するスロットからの表面波同士が干渉して生じる表面定在波、５１７は表面波定在波により生成した発生部プラズマ、５１８は発生部プラズマの拡散により生成したプラズマバルクである。
【０００８】
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室５０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室５０１の周辺に設けられたガス導入手段５０５を介して所定の流量でプラズマ処理室５０１内に導入する。次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室５０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管５０８を介してプラズマ処理室５０１内に供給する。この際、無終端環状導波管５０８内に導入されたマイクロ波は、導入口５１１のＥ分岐で左右に二分配され、無終端環状導波路５１２内で干渉し、管内波長の１／２毎に管内定在波５１３の“腹”を生じる。この定在波の腹と腹の間の表面電流が最大になる位置に設置されたスロット５１４を介し誘電体窓５０７を透過してプラズマ処理室５０１に導入されたマイクロ波によりプラズマが発生する。プラズマの電子密度がカットオフ密度（周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合、７．５×１０１０ｃｍ−３）、より明確には表面波モード発生しきい密度（石英窓使用の場合、３．４×１０１１ｃｍ−３）を超えると、誘電体窓５０７とプラズマの界面に入射したマイクロ波は、プラズマ中には伝搬できず、誘電体窓５０７の表面を表面波５１５として伝搬する。隣接するスロットから導入された表面波５１５同士が相互干渉し、表面波５１５の波長の１／２毎に腹をもつ表面定在波５１６が生じる。誘電体窓５０７表面近傍に局在した表面定在波５１６によって誘電体窓５０７近傍に超高密度プラズマ５１７が生成する。超高密度プラズマ５１７は被処理基体５０２方向に純粋拡散して緩和し、被処理基体５０２近傍に高密度低電子温度プラズマバルク５１８を生成する。処理用ガスは発生した高密度プラズマにより励起され、支持体５０３上に載置された被処理基体５０２の表面を処理する。
【０００９】
このようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いることにより、マイクロ波パワー１ｋＷ以上で、直径３００ｍｍ程度の大口径空間に±３％以内の均一性をもって、電子密度１０１２ｃｍ−３以上、電子温度３ｅＶ以下、プラズマ電位２０Ｖ以下の高密度低電子温度プラズマが発生できるので、ガスを充分に反応させ活性な状態で基板に供給でき、かつ入射イオンによる基板表面ダメージも低減するので、低温でも高品質で均一かつ高速な処理が可能になる。
【特許文献１】特許第２８８６７５２号公報
【特許文献２】特許第２９２５５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて被処理基体５０２の処理を行う場合、誘電体窓５０７近傍に局在した表面定在波５１６により発生した超高密度プラズマ５１７領域から強い真空紫外光が発生し、被処理基体５０２に照射されて、結合欠陥や表面異常拡散発生の原因になる場合がある。
【００１１】
本発明の主たる目的は、上述した従来のマイクロ波プラズマ処理装置における不十分点を解決し、被処理基体５０２への真空紫外光の照射を抑制して真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を低減し、高速に高品質処理できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、隔壁の一部を平板状マイクロ波透過窓で構成されたプラズマ処理室と、該プラズマ処理室内に設置された被処理基体支持手段と、該プラズマ処理室内への処理用ガス導入手段と、該プラズマ処理室内を真空排気する排気手段と、該マイクロ波透過窓を透して該プラズマ処理室へマイクロ波を導入する複数のスロットを有する平板状マイクロ波導入手段とで構成されるプラズマ処理装置であって、該マイクロ波透過窓と該基体支持手段の間に、該基体表面から貫通孔を通して該マイクロ波透過窓が見えないように、斜めに複数の貫通孔が形成された、真空紫外光を透過しない材料で造られた平板状遮光板を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、被処理基体への真空紫外光の照射を抑制して真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を低減し、高速に高品質処理可能なプラズマ処理装置を提供できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置を図１を用いて説明する。１０１はプラズマ処理室、１０２は被処理基体、１０３は基体１０２の支持体、１０４は基板温度調整手段、１０５はプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、１０６は排気、１０７は誘電体窓、１０８はマイクロ波を誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入するためのスロット付平板状マイクロ波供給手段、１０９は斜め貫通孔付真空紫外光遮光板である。
【００１５】
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室１０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室１０１の周辺に設けられたガス導入手段１０５を介して所定の流量でプラズマ処理室１０１内に導入する。次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室１０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力のマイクロ波をスロット付平板状マイクロ波供給手段１０８を介し誘電体窓１０７を透してプラズマ処理室１０１に導入し、高密度プラズマを発生させる。周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体１０３上に載置された被処理基体１０２の表面を処理する。
【００１６】
この際、高密度プラズマ発生領域からは強い真空紫外光が発生するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板１０９により吸収されるので、被処理基体１０２表面には至らず、真空紫外光照射ダメージや表面異常拡散を抑制できる。
【００１７】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置で遮光すべき真空紫外光の波長は、被処理基体１０２中の各層が吸収し結合欠陥を生じうる波長である。例えば、シリコン層の場合には２００ｎｍ以下の全波長が、酸化シリコン層の場合には１６５ｎｍ以下の波長が対象になる。
【００１８】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる斜め貫通孔付真空紫外光遮光板１０９の材質は、対象となる真空紫外光を吸収できるものであれば適用可能であり、例えば２００ｎｍ以下の全真空紫外光が対象であれば、Ｓｉ，Ｓｉ３Ｎ４，カーボンなどが、１６５ｎｍ以下の真空紫外光が対象であれば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮなどが適用可能である。
【００１９】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる貫通孔の形状を図１（ｂ）を用いて説明する。貫通孔の形状は、被処理基体１０２表面から貫通孔を通して誘電体窓１０７表面が見えなければ適用可能で、１のような直線状は勿論のこと、２のようなエルボ状でもＳ字状でも、３のように１枚の遮光板１０９では見えても二段構造にして見えなくしても良い。
【００２０】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられる斜め孔付真空紫外光遮光板の制作方法例を図２を用いて説明する。（ａ）は穿孔型であり、真空紫外光遮光円板に斜めに穿孔するものである。穿孔角度が垂直に近い場合には容易であるが、穿孔角度が平行に近い場合には切削工具と遮光円板が空間的に干渉し難しくなる。（ｂ）は穿孔角度が平行に近い場合に用いられる管束焼結型であり、１．多数の管を扇型の枠内に束ねて焼結し、２．扇の要から背の方向に斜めに切断し、３．できた扇型部分を円形枠に嵌め込んで再焼結するものである。
【００２１】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット付平板状マイクロ波供給手段１０８は、スロット付無終端環状導波管でも、同軸導入平板マルチスロットアンテナでも、スロットを介してマイクロ波を平板状に供給できるものであれば適用可能である。
【００２２】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置に用いられるスロット付平板状マイクロ波供給手段１０８の材質は、導電体であれば使用可能であるが、マイクロ波の伝搬ロスをできるだけ抑えるため、導電率の高いＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ／ＣｕメッキしたＳＵＳなどが最適である。
【００２３】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法において用いられるマイクロ波周波数は、０．８ＧＨｚ乃至２０ＧＨｚの範囲から適宜選択することができる。
【００２４】
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法において、より低圧で処理するために、磁界発生手段を用いても良い。本発明のプラズマ処理装置及び処理方法において用いられる磁界としては、スロットの幅方向に発生する電界に垂直な磁界であれば適用可能である。磁界発生手段としては、コイル以外でも、永久磁石でも使用可能である。コイルを用いる場合には過熱防止のため水冷機構や空冷など他の冷却手段を用いてもよい。
【００２５】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法におけるプラズマ処理室内の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ乃至１０Ｔｏｒｒの範囲、より好ましくは、５ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの範囲が適当である。
【００２６】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法による堆積膜の形成は、使用するガスを適宜選択することによりＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ，Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＦ２などの絶縁膜、ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどの半導体膜、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属膜等、各種の堆積膜を効率よく形成することが可能である。
【００２７】
本発明のプラズマ処理方法により処理する被処理基体１０２は、半導体であっても、導電性のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであってもよい。
【００２８】
導電性基体としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００２９】
絶縁性基体としては、ＳｉＯ２系の石英や各種ガラス、Ｓｉ３Ｎ４，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＣａＦ２，ＢａＦ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＭｇＯなどの無機物、ポリエチレン，ポリエステル，ポリカーボネート，セルロースアセテート，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミドなどの有機物のフィルム、窓などが挙げられる。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置に用いられるガス導入手段１０５の向きは、ガスが誘電体窓１０８近傍に発生するプラズマ領域を経由した後中央付近に十分に供給されてから基板表面を中央から周辺に向かって流れるように、誘電体窓１０８に向けてガスを吹き付けられる構造を有することが最適である。
【００３１】
ＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成する場合に用いられるガスとしては、一般に公知のガスが使用できる。
【００３２】
ａ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ＳｉＣなどのＳｉ系半導体薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介してプラズマ処理室１０１へ導入するＳｉ原子を含有する原料ガスとしては、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類，テトラエチルシラン（ＴＥＳ），テトラメチルシラン（ＴＭＳ），ジメチルシラン（ＤＭＳ），ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ），ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが挙げられる。
【００３３】
Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２などのＳｉ化合物系薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入するＳｉ原子を含有する原料としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６などの無機シラン類，テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ），テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ），オクタメチルシクロテトラシラン（ＯＭＣＴＳ），ジメチルジフルオロシラン（ＤＭＤＦＳ），ジメチルジクロルシラン（ＤＭＤＣＳ）などの有機シラン類、ＳｉＦ４，Ｓｉ２Ｆ６，Ｓｉ３Ｆ８，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２，ＳｉＣｌ４，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，ＳｉＣｌ２Ｆ２などのハロゲン化シラン類等、常温常圧でガス状態であるものまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。また、この場合の同時に導入する窒素原料ガスまたは酸素原料ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２などが挙げられる。
【００３４】
Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａなどの金属薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合のＳｉ原料ガスと混合して導入してもよい添加ガスまたはキャリアガスとしては、Ｈ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎが挙げられる。
【００３５】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＷＯ３などの金属化合物薄膜を形成する場合の処理用ガス導入手段１０５を介して導入する金属原子を含有する原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡｌ）、ジメチルアルミニウムハイドライド（ＤＭＡｌＨ）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、モリブデンカルボニル（Ｍｏ（ＣＯ）６）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）などの有機金属、ＡｌＣｌ３、ＷＦ６、ＴｉＣｌ３、ＴａＣｌ５などのハロゲン化金属等が挙げられる。また、この場合の同時に導入する酸素原料ガスまたは窒素原料ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。
【００３６】
基体表面をエッチングする場合の処理用ガス導入口１０５から導入するエッチング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＣＨ２Ｃｌ２、Ｃ２Ｃｌ６などが挙げられる。
【００３７】
フォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口１０５から導入するアッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｈ２などが挙げられる。
【００３８】
また本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法を表面改質にも適用する場合、使用するガスを適宜選択することにより、例えば基体もしくは表面層としてＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｔａなどを使用してこれら基体もしくは表面層の酸化処理あるいは窒化処理さらにはＢ、Ａｓ、Ｐなどのドーピング処理等が可能である。更に本発明において採用する成膜技術はクリーニング方法にも適用できる。その場合酸化物あるいは有機物や重金属などのクリーニングに使用することもできる。
【００３９】
基体を酸化表面処理する場合の処理用ガス導入口１０５を介して導入する酸化性ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２などが挙げられる。また、基体を窒化表面処理する場合の処理用ガス導入口１１５を介して導入する窒化性ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などが挙げられる。
【００４０】
基体表面の有機物をクリーニングする場合、またはフォトレジストなど基体表面上の有機成分をアッシング除去する場合の処理用ガス導入口１０５から導入するクリーニング／アッシング用ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｈ２などが挙げられる。また、基体表面の無機物をクリーニングする場合の処理用ガス導入口１０５から導入するクリーニング用ガスとしては、Ｆ２、ＣＦ４、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ２Ｃｌ２、ＳＦ６、ＮＦ３などが挙げられる。
【００４１】
［プラズマ処理装置例］
以下装置例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置をより具体的に説明するが、本発明はこれら装置例に限定されるものではない。
【００４２】
（装置例１）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一例として、石英製真空紫外光遮光板とスロット付無終端環状導波管を用いた例を図３を用いて説明する。３０１は円筒形状のプラズマ処理室、３０２は被処理基体、３０３は基体３０２の支持体、３０４は基板温度調整手段、３０５はプラズマ処理室３０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、３０６は排気、３０７は誘電体窓、３０８はマイクロ波を誘電体窓３０７を透してプラズマ処理室３０１に導入するためのスロット付無終端環状導波管、３０９は斜め孔付真空紫外光遮光板である。
【００４３】
誘電体窓３０７の材質は無水溶融石英で、厚み１６ｍｍのものを用いた。
【００４４】
スロット付無終端環状導波管３０８は、ＴＥ１０モードで、内壁断面の寸法が２７ｍｍ×９６ｍｍ（管内波長１５８．８ｍｍ）、導波管の中心径が１５１．６ｍｍ（一周長は管内波長の３倍）のものを用いた。スロット付無終端環状導波管３０８の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、すべてＡｌ合金を用いている。スロット付無終端環状導波管３０８のＨ面には、マイクロ波をプラズマ処理室３０１へ導入するためのスロットが形成されている。スロットは、長さ４０ｍｍ，幅４ｍｍの矩形で、中心直径が１５１．６ｍｍの位置に、放射状に６０°間隔で６本形成されている。スロット付無終端環状導波管３０８には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
【００４５】
斜め貫通孔付真空紫外光遮光板３０９の材質は、ゲート酸化膜中に発生する真空紫外光照射ダメージ抑制を考慮して、溶融石英（厚さ８ｍｍ）を用いた。斜め貫通孔は、孔径５ｍｍ，ピッチ１０ｍｍの寸法で、遮光板３０９に対して３０°の角度で放射状に７００個形成した。
【００４６】
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室３０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室３０１の周辺に設けられたガス導入手段３０５を介して所定の流量でプラズマ処理室３０１内に導入する。次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室３０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力をスロット付無終端環状導波管３０８を介し誘電体窓３０７を透過してプラズマ処理室３０１内に供給する。
【００４７】
この際、誘電体窓３０７近傍に生じた表面波電界により高密度プラズマが発生し、真空紫外光を放射するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板３０９により吸収され、被処理基体３０２表面には到達しない。
【００４８】
周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体３０３上に載置された被処理基体３０２の表面を高速かつ高品質に処理する。
【００４９】
（装置例２）
本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の他の一例として、同軸導入マルチスロットアンテナとシリコン製遮光板を使用した例を図４を用いて説明する。４０１は円筒形状のプラズマ処理室、４０２は被処理基体、４０３は基体４０２の支持体、４０４は基板温度調整手段、４０５はプラズマ処理室４０１の周辺に設けられたプラズマ処理用ガス導入手段、４０６は排気、４０７は誘電体窓、４０８はマイクロ波を誘電体窓４０７を透してプラズマ処理室４０１に導入するための同軸導入マルチスロットアンテナ、４０９はシリコン製斜め貫通孔付真空紫外光遮光板である。
【００５０】
誘電体窓４０７の材質は無水溶融石英で、厚みは１６ｍｍである。同軸導入スロットアンテナ４０８はマイクロ波電力を給電する中心軸とアンテナ円板上に配された多数のスロットから構成される。同軸導入マルチスロットアンテナ４０８の材質は、マイクロ波の伝搬損失を抑えるため、中心軸はＣｕを、アンテナ円板はＡｌを用いている。スロットの形状は、長さ１２ｍｍ、幅１ｍｍの矩形のものが１２ｍｍ間隔の同心円状に、円の接線方向に無数に形成されている。同軸導入マルチスロットアンテナ４０８には、４Ｅチューナ、方向性結合器、アイソレータ、２．４５ＧＨｚの周波数を持つマイクロ波電源（不図示）が順に接続されている。
【００５１】
斜め貫通孔付真空紫外光遮光板２０９の材質は、チャネル部に発生する真空紫外光照射ダメージ抑制を考慮して、シリコン（厚さ８ｍｍ）を用いた。斜め貫通孔は、孔径４ｍｍ，ピッチ１２ｍｍの寸法で、遮光板２０９に対して３０°の角度で放射状に５００個形成した。
【００５２】
プラズマ処理は以下のようにして行なう。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室４０１内を真空排気する。続いて処理用ガスをプラズマ処理室４０１の周辺に設けられたガス導入手段４０５を介して所定の流量でプラズマ処理室４０１内に導入する。次に排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室４０１内を所定の圧力に保持する。マイクロ波電源（不図示）より所望の電力を無終端環状導波管４０８を介してプラズマ処理室４０１内に供給する。
【００５３】
この際、誘電体窓４０７近傍に生じた表面波電界により高密度プラズマが発生し、真空紫外光を放射するが、斜め貫通孔付真空紫外光遮光板４０９により吸収され、被処理基体４０２表面には到達しない。
【００５４】
周辺から導入された処理用ガスは、発生した高密度プラズマにより励起・イオン化・反応して活性化し、支持体４０３上に載置された被処理基体４０２の表面を高速かつ高品質に処理する。
【００５５】
以下実施例を挙げて本発明のマイクロ波プラズマ処理装置及び処理方法をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００５６】
図３に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート酸化膜の表面窒化処理を行った。
【００５７】
基体３０２としては、１．４ｎｍ酸化膜付きφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板３０２を基体支持台３０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室３０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ３０４に通電し、シリコン基板３０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して窒素ガスを３００ｓｃｃｍの流量で処理室３０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室３０１内を０．１Ｔｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源（不図示）より１．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管３０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室３０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して導入された窒素ガスはプラズマ処理室３０１内で励起、分解されてＮ＋イオンやＮラジカルなどの活性種となり、シリコン基板３０２の方向に輸送され、酸化シリコン膜の表面を０．８ｎｍ程度の深さまで窒化した。
【００５８】
処理後、窒化プロファイル，耐圧，リーク電流などの膜質について評価した。窒化プロファイルのピーク深さは０．３ｎｍで、真空紫外光遮光板３０９を使用しない場合（０．８ｎｍ）よりも約１／３に浅くなった。耐圧は９．６ＭＶ／ｃｍ，リーク電流は２．２μＡ／ｃｍ２で良好であった。
【実施例２】
【００５９】
図４に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、シリコン基板の直接酸化による半導体素子ゲート絶縁用酸化シリコン膜の形成を行った。
【００６０】
基体４０２としては、φ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板４０２を基体支持体４０３上に設置した。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室４０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ４０４に通電し、シリコン基板４０２を４５０℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室４０１に導入した、ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室４０１内を５０ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より１．０ｋＷの電力を同軸導入マルチスロットアンテナ４０３を介してプラズマ処理室４０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室４０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室４０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板４０２の方向に輸送され、シリコン基板４０２表面が１．４ｎｍ程度酸化された。
【００６１】
処理後、耐圧、リーク電流、及びフラットバンドシフトについて評価した。耐圧は９．３ＭＶ／ｃｍ、リーク電流は３．１μＡ／ｃｍ２、ΔＶｆｂは０．２Ｖと良好であった。
【実施例３】
【００６２】
図４に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート絶縁用酸化タンタル膜の形成を行った。
【００６３】
基体４０２としては、φ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板４０２を基体支持体４０３上に設置した。排気系（不図示）を介してプラズマ処理室４０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。続いてヒータ４０４に通電し、シリコン基板４０２を３００℃に加熱し、該基板をこの温度に保持した。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して酸素ガスを２００ｓｃｃｍの流量で、また、ＴＥＯＴガスを１０ｓｃｃｍの流量で処理室４０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室４０１内を５０ｍＴｏｒｒに保持した。ついで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力を同軸導入マルチスロットアンテナ４０３を介してプラズマ処理室４０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室４０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口４０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室４０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板４０２の方向に輸送され、ＴＥＯＴガスと反応し、酸化タンタル膜がシリコン基板４０２上に５ｎｍの厚さで形成された。
【００６４】
処理後、耐圧、リーク電流、及びフラットバンドシフトについて評価した。耐圧は７．３ＭＶ／ｃｍ、リーク電流は４．６μＡ／ｃｍ２、ΔＶｆｂは０．１Ｖと良好であった。
【実施例４】
【００６５】
図３に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子層間絶縁用低誘電率有機膜のエッチングを行った。
【００６６】
基体３０２としては、ＭＯＳキャパシタと１層目配線を形成した上に低誘電率有機膜としてポリアリールエーテル膜が０．４μｍ厚形成されたφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板３０２を基体支持台３０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してエッチング室３０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介してＮＨ３を１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室３０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室３０１内を５ｍＴｏｒｒの圧力に保持した。ついで、４００ｋＨｚの高周波印加手段を介して１００Ｗの電力を基板支持体３０２に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管３０３を介してプラズマ処理室３０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室３０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して導入されたＮＨ３ガスはプラズマ処理室３０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板３０２の方向に輸送され、自己バイアスによって加速されたイオンによってポリアリールエーテル膜がエッチングされた。クーラ３０７により基板温度は１０℃までしか上昇しなかった。
【００６７】
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング速度と対ポリシリコン選択比は３３０ｎｍ／ｍｉｎ、１２と良好で、エッチング形状もほぼ垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。
【００６８】
この後、２層目配線を形成して、ＭＯＳキャパシタのＩ−Ｖ特性を測定したところ、耐圧１０．６ＭＶ／ｃｍ，リーク電流３．１Ａ／ｃｍ２と良好であった。
【実施例５】
【００６９】
図３に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、半導体素子ゲート電極間ポリシリコン膜のエッチングを行った。
【００７０】
基体３０２としては、最上部にポリシリコン膜が形成されたφ８”Ｐ型単結晶シリコン基板（面方位〈１００〉，抵抗率１０Ωｃｍ）を使用した。まず、シリコン基板３０２を基体支持台３０３上に設置した後、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室３０１内を真空排気し、１０−７Ｔｏｒｒの値まで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介してＣＦ４ガスを３００ｓｃｃｍ、酸素を２０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室３０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、プラズマ処理室３０１内を２ｍＴｏｒｒの圧力に保持した。ついで、４００ｋＨｚの高周波電源（不図示）からの高周波電力３００Ｗを基板支持体３０３に印加するとともに、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．０ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管３０３を介してプラズマ処理室３０１内に供給した。かくして、プラズマ処理室３０１内にプラズマを発生させた。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して導入されたＣＦ４ガス及び酸素はプラズマ処理室３０１内で励起、分解されて活性種となり、シリコン基板３０２の方向に輸送され、自己バイアスにより加速されたイオンによりポリシリコン膜がエッチングされた。クーラ３０４により、基板温度は８０℃までしか上昇しなかった。
【００７１】
エッチング後、エッチング速度、選択比、及びエッチング形状について評価した。エッチング形状は、エッチングされたポリシリコン膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測し、評価した。エッチング速度と対ＳｉＯ２選択比はそれぞれ８５０ｎｍ／ｍｉｎ、２４と良好で、エッチング形状も垂直で、マイクロローディング効果も少ないことが確認された。
【００７２】
この後、ＭＯＳキャパシタを形成し、Ｉ−Ｖ特性を測定したところ、耐圧１０．６ＭＶ／ｃｍ，リーク電流２．７μＡ／ｃｍ２と良好であった。
【実施例６】
【００７３】
図３に示したマイクロ波プラズマ処理装置を使用し、フォトレジストのアッシングを行った。
【００７４】
基体３０２としては、ゲート電極をエッチングした直後のφ８”シリコン基板を使用した。まず、シリコン基板３０２を基体支持体３０３上に設置した後、ヒータ３０４を用いて２００℃まで加熱し、排気系（不図示）を介してプラズマ処理室３０１内を真空排気し、１０−４Ｔｏｒｒまで減圧させた。プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して酸素ガスを２ｓｌｍの流量でプラズマ処理室３０１内に導入した。ついで、排気系（不図示）に設けられたコンダクタンスバルブ（不図示）を調整し、処理室３０１内を１Ｔｏｒｒに保持した。プラズマ処理室３０１内に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源より２．５ｋＷの電力をスロット付無終端環状導波管３０８を介して供給した。かくして、プラズマ処理室３０１内にプラズマを発生させた。この際、プラズマ処理用ガス導入口３０５を介して導入された酸素ガスはプラズマ処理室３０１内で励起、分解、反応してオゾンとなり、シリコン基板３０２の方向に輸送され、基板３０２上のフォトレジストを酸化し、気化・除去された。
【００７５】
アッシング後、アッシング速度と基板表面電荷密度などについて評価した。得られたアッシング速度の均一性は、±４．２％（７．５μｍ／ｍｉｎ）と極めて大きく、表面電荷密度も０．５×１０１１ｃｍ−２と充分低い値を示した。
【００７６】
この後、ＭＯＳキャパシタを形成し、Ｉ−Ｖ特性を測定したところ、耐圧１１．０ＭＶ／ｃｍ，リーク電流３．４μＡ／ｃｍ２と良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】（ａ）は本発明の斜め孔付真空紫外光遮光板を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の模式図で、（ｂ）は斜め孔付真空紫外光遮光板の断面図である。
【図２】本発明に使用する斜め孔付真空紫外光遮光板の製造工程を説明する工程図で、（ａ）は穿孔型、（ｂ）は管束焼結型である。
【図３】本発明の一例である、同軸導入マルチスロットアンテナとシリコン製真空紫外光遮光板を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図４】本発明の一例である、スロット付無終端環状導波管と石英製真空紫外光遮光板を用いたマイクロ波プラズマ処理装置の模式図である。
【図５】（ａ）は、従来例であるマイクロ波プラズマ処理装置の模式図、（ｂ）はプラズマの発生原理を説明するために使用した図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０１，３０１，４０１，５０１  プラズマ処理室
１０２，３０２，４０２，５０２  被処理基体
３０３，４０３，５０３  支持体
１０４，３０４，４０４，５０４  基板温度調整手段
１０５，３０５，４０５，５０５  処理用ガス導入手段
１０６，３０６，４０６，５０６  排気
３０７，４０７，５０７  誘電体窓
３０８，４０７，５０８  スロット付平板状マイクロ波導入手段
１０９，３０９，４０９  斜め孔付真空紫外光遮光板
２０１  真空紫外光遮光円板
２０２  ドリルなどの穿孔手段
２０３  管束
２０４  扇型焼結枠
２０５  扇の要
２０６  扇の背
２０７  切断面
２０８  円形焼結枠
５１１  マイクロ波導入口
５１２  環状導波路
５１３  管内定在波
５１４  スロット
５１５  表面波
５１６  表面定在波
５１７  発生部プラズマ
５１８  プラズマバルク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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